Le onde sonore sono ampiamente utilizzate nell'imaging medico, come quando i medici eseguono un'ecografia di un feto in via di sviluppo. Ora gli scienziati hanno sviluppato un modo per utilizzare il suono per sondare i tessuti su una scala molto più piccola. I ricercatori dell'Università di Bordeaux in Francia hanno utilizzato onde sonore ad alta frequenza per testare la rigidità e la viscosità dei nuclei delle singole cellule umane. Gli scienziati prevedono che la sonda potrebbe alla fine aiutare a rispondere a domande come come le cellule aderiscono agli impianti medici e perché le cellule sane diventano cancerose.
"Abbiamo sviluppato un nuovo senza contatto, strumento non invasivo per misurare le proprietà meccaniche delle cellule su scala subcellulare, "dice Bertrand Audoin, professore nel laboratorio di meccanica dell'Università di Bordeaux. "Questo può essere utile per seguire l'attività cellulare o identificare la malattia cellulare". Il lavoro sarà presentato al 57th Annual Meeting of the Biophysical Society (BPS), tenutosi dal 2 al 6 febbraio, 2013, a Filadelfia, Papà.
La tecnica utilizzata dal gruppo di ricerca, chiamati ultrasuoni a picosecondi, è stato inizialmente applicato nell'industria elettronica a metà degli anni '80 come metodo per misurare lo spessore degli strati di chip semiconduttori. Audoin e i suoi colleghi, in collaborazione con un gruppo di ricerca sui biomateriali guidato da Marie-Christine Durrieu dell'Institute of Chemistry &Biology of Membranes &Nano-objects presso l'Università di Bordeaux, ultrasuoni a picosecondi adattati per studiare le cellule viventi. Hanno fatto crescere le cellule su una piastra metallica e poi hanno fatto lampeggiare l'interfaccia cellula-metallo con un impulso laser ultracorto per generare onde sonore ad alta frequenza. Un altro laser ha misurato come l'impulso sonoro si è propagato attraverso le cellule, fornendo agli scienziati indizi sulle proprietà meccaniche dei singoli componenti cellulari.
"Più alta è la frequenza del suono che crei, minore è la lunghezza d'onda, il che significa che più piccoli sono gli oggetti che puoi sondare", dice Audoin. "Usiamo onde gigahertz, così possiamo sondare oggetti dell'ordine di cento nanometri." Per confronto, il nucleo di una cellula è circa 10, 000 nanometri di larghezza.
Il team ha affrontato sfide nell'applicazione degli ultrasuoni a picosecondi per studiare i sistemi biologici. Una sfida erano le proprietà del materiale simile al fluido della cellula. "Il processo di diffusione della luce che utilizziamo per rilevare le proprietà meccaniche della cella è molto più debole rispetto ai solidi, " afferma Audoin. "Dovevamo migliorare il rapporto segnale/rumore senza utilizzare un laser ad alta potenza che danneggerebbe la cellula". Il team ha anche affrontato la sfida della variazione cellulare naturale. "Se si sonda il silicio, lo fai una volta ed è finito, " dice Audoin. "Se indaghi sul nucleo devi farlo centinaia di volte e guardare le statistiche."
Il team ha sviluppato metodi per superare queste sfide testando le proprie tecniche su capsule polimeriche e cellule vegetali prima di passare alle cellule umane. Nei prossimi anni il team prevede di studiare le cellule tumorali con il suono. "Un tessuto canceroso è più rigido di un tessuto sano, " nota Audoin. "Se puoi misurare la rigidità delle cellule mentre fornisci diversi farmaci, puoi testare se sei in grado di fermare il cancro su scala cellulare".
